DE2748457A1

DE2748457A1 - Kreiselpumpe mit einem laufrad von veraenderlicher breite

Info

Publication number: DE2748457A1
Application number: DE19772748457
Authority: DE
Inventors: Charles Thomas Lynch
Original assignee: Baltimore Aircoil Co Inc
Current assignee: Baltimore Aircoil Co Inc
Priority date: 1976-11-02
Filing date: 1977-10-28
Publication date: 1978-05-03
Also published as: BE859814A; BR7707216A; AU511147B2; AU2970077A; IT1086393B; JPS5947160B2; US4070132A; DE2748457B2; ZA776493B; FR2369444B1; FR2369444A1; GB1580082A; JPS5357504A; DE2748457C3; CA1076884A

Description

t>r.-lng. Walter Abit* Dr. Dieter F. Morf

pipi.-Phys. M. Gritschneder 28. Oktober 1977

ir- 28 P-3724

BALTIMORE AIRCOIL COMPANY, BiC.

Montevideo Road, Jessup, Maryland, V.St.A.

Kreiselpumpe mit einem Laufrad von veränderlicher Breite.

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Es gibt viele Arten von Pumpsystemen, die den Betrieb der Pumpenanlage über einen Bereich von Betriebsbedingungen erforderlich machen statt mit einem einzigen Druckhöhe-Fördermenge-Punkt. In manchen Fällen ist ein konstanter Druck über einen weiten Fördermengenbereich erforderlich. Bei anderen Systemen ist das Umgekehrte erwünscht, nämlich daß die Fördermenge konstant gehalten wird, während sich der Druck verändert, und in wieder anderen Fällen wird die Fördermenge verändert, um den Belastungsanforderungen gerecht zu werden, und die erforderliche Druckmenge nimmt mit der Fördermenge zu. Die vorliegende Erfindung ist auf eine Pumpe mit einem wirksamen Verfahren zur Veränderung der Pumpenleistung gerichtet, um den sich verändernden Anforderungen an das Pumpsystem Rechnung zu tragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe von veränderlicher Leistung zu entwickeln, bei welcher die Breite des Laufrades der Pumpe während des Betriebs der Anlage geregelt wird.

Desgleichen gehört es zur Aufgabe der Erfindung, einen Mechanismus zur Regelung der Breite des Laufrades vorzusehen, der durch den Pumpendruck betätigt wird, welcher durch ein kleines äusseres Ventil geregelt wird.

Weiter gehört es zur Aufgabe der Erfindung, eine Pumpe von veränderlicher Leistung zu entwickeln, deren Leistung über einen Bereich verändert werden kann, um eine konstante Druckhöhe, eine konstante Fördermenge oder andere wünschenswerte Eigenschaften der Pumpanlage zu erhalten.

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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäeen Kreiselpumpe mit veränderlicher Leistung;

Fig. 2 eine Ansicht des Purapenlaufrades im Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine graphische Darstellung, welche die Leistungsveränderung zeigt, die durch das Regeln der Laufradbreite der erfindungsgemäeen Pumpe erzielbar ist.

Grundsätzlich sei erwähnt, daß die Erfindung auf eine Pumpe von veränderlicher Leistung mit einer Einrichtung gerichtet ist, durch welche die Leistung der Pumpe, während diese in Betrieb ist, verändert werden kann.

Die Lelstungsveränderung wird durch Verändern der Laufradbreite herbeigeführt. Die Pumpendruckhöhe, die Fördermenge und die Kraft nehmen mit zunehmender Laufradbreite zu und nehmen ab mit abnehmender Laufradbreite. Die Laufradbreite wird durch die Verwendung eines Laufradmantels bzw. einer Laufradwand verändert, die sich axial bewegt. Die Mantelbewegung geschieht durch den Pumpendruck, der gegen eine neuartige Kolbenanordnung arbeitet und diese neuartige Kolbenanordnung wirkt mit einem beweglichen Mantel zusammen, der das Grundelement der Erfindung ist. Die Kolbenstellung und damit die Laufradbreite wird durch ein kleines Ventil ausserhalb der Pumpe gesteuert, welches den Druck auf der einen Seite des Kolbens regelt. Die Pumpenleistung wird durch die Einstellung des kleinen Aussenventils geregelt. Diese Mög-

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lichkeit zur Regelung der Pumpe durch ein kleines Regelventil stellt ein sehr vorteilhaftes Merkmal dar. Kleine Hydroregel- bzw. Schalt- oder Hilfsventile sind an sich bekannt und stellen hochentwickelte Vorrichtungen dar, die zu massigen Kosten ohne weiteres erhältlich sind. Zwei Beispiele sind Schaltventile, die öffnen oder schliessen, um einen eingestellten Signaldruck zu halten oder um einen eingestellten Differenzdruck zwischen zwei Signaldrücken zu halten. Das einzige Signaldruck-Hilfsventil kann die Pumpenleistung verändern, um einen konstanten Pumpdruck aufrecht zu erhalten. Das eingestellte Differenzsignaldruckventil kann den Differenzdruck an einer öffnung ausnutzen, um die Pumpenleistung so zu verändern, daß ein konstanter Durchsatz gehalten wird. Weitere Pumpenregelungsveränderungen, die auf der vorangehenden Beschreibung beruhen, sind für den Fachmann ohne weiteres durchführbar.

Wie sich aus Fig. 1 und 2 ergibt, ist das Laufrad 1 auf einer Welle 17 in herkömmlicher Weise befestigt. Die Laufradschaufeln 2, die bei dem dargestellten Beispiel gekrümmt sind (die jedoch auch eine andere herkömmliche Form haben und beispielsweise gerade von der Nabe abstehen oder axial von der Nabe versetzt sein können) erstrecken sich durch den axial verstellbaren Mantel 3 und haben ein enges Spiel mit dem spiralförmigen Gehäuse 4. Die Strömung durch das Laufrad 1 verläuft zwischen dem Mantel 3, der Gehäusewand 4 und den Laufradschaufeln 2. Die Breite des Strömungsweges hängt von der axialen Einstellung des Mantels 3 mit bezug auf das Gehäuse 4 ab. Mit dem Mantel 3 ist ein Kolben 5 verbunden. Der Kolben 5 bildet praktisch das hintere Ende des Mantels 3 und ist mit dem Laufrad 1 drehfest verbunden. Der Kolben 5 hat zwei zylindrische Sitze 6 und 7 am Laufrad 1, wodurch der Druckraum 8 abge-

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dichtet und die Kolben-Mantel-Anordnung 5 und 3 so ausgerichtet wird, daß sie sich axial und drehend bewegt. Der Druck P3 innerhalb des Druckraumes 8 wird durch die Ableitöffnungen 9 bestimmt. Die Offnungen 9 werden zweckmässig so angeordnet, daß P3 in der Mitte zwischen dem Laufradsaugdruck P1 und -Förderdruck P2 ist. Es besteht ein enger zylindrischer Sitz 11 zwischen dem sich drehenden Kolben 5 und der feststehenden Rückwandplatte 10. Eine aussere Leitung 13 mit einem Regelventil 14 verbindet den Druckraum 12 mit der Pumpensaugseite 15. Obwohl die Verbindung zwischen dem Regelventil 14 und dem Druckraum 12 dargestellt ist, kann natürlich das Regelventil 14 an diesem Ende zur Aussenluft offen und nicht mit der Pumpensaugseite 15 verbunden sein.

Der Kolben5 ist mit zwei Ansätzen 20, 21 ausgebildet. Der Ansatz 20 ist innerhalb des zylindrischen Sitzes 7 am Laufrad 1 beweglich, während der Ansatz 21 zwischen den zylindrischen Sitzen 6 und 11 beweglich ist.

Um ein Lecken an der Stelle zu verhindern, an welcher die Welle 17 durch die Rückwandplatte 10 geführt ist, ist eine herkömmliche mechanische Dichtung 16 vorgesehen.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen regelbaren Pumpe ist wie folgt. Wenn der Druck P6 niedriger als P5 ist, fließt Fluid durch den Sitz 11 in den Druckraum 12. Bei weit offenem Ventil 14 ist P6 etwa gleich Pl. Bei geschlossenem Ventil 14 ist P6 annähernd gleich P5, welcher Druck etwa gleich dem Druck P2 ist. P6 verändert sich zwischen P1 und P2 je nach der Einstellung des Ventils Bei jedem gegebenen Durchmesser am Mantel von der Mitte nach aussen ist der Druck auf jeder Seite des Mantels etwa gleich. Auf den Mantel 3 wirkt eine geringe restliche axiale Druckkraft. P4 und P5 sind annähernd gleich P2

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und annähernd gleich zueinander, so daß über dem Durchmesser D4 (von der Mitte der Gehäusewände nach aussen) auf den Kolben 5 ausgeglichene axiale Kräfte wirken. Die restliche Druckkraft an der Kolben-Mantel-Anordnung 5-6 ist P6 mal Fläche D5 zu D4 zum Laufradeinlaß und P3 mal Fläche D5 zu D3 plus P2 mal Fläche D3 zu D4 vom Laufradeinlaß weg. P6, der zwischen P1 und P2 durch das Regelventil 14 verändert werden kann, bestimmt die Größe und die Richtung der axialen Druckkräfte auf den Kolben-Mantel-Mechanismus und damit seine Stellung innerhalb der Grenzen der in der Anordnung vorgesehenen axialen Bewegungsmöglichkeit. Daher bestimmt die Einstellung des Ventils die Breite des Laufradströmungskanals.

In Fig. 3 sind die Druckhöhe-Fördermenge-Kurven mit H bezeichnet und die Kraftfördermengekurven mit P. H1 und P1 geben die Pumpenleistung bei maximaler Laufradbreite an. Wenn sich die Laufradbreite verengt, ändert sich die Leistung progressiv nach H2, P2; H3, P3; usw.. Phc ist die Kraft-Fördermengekurve für eine konstante Druckhöhe Hc. Qc zeigt, wie die Druckhöhe und die Kraft sich verändern können, wenn die Strömung konstant gehalten wird.

Der Fachmann wird erkennen, daß die neuartige Kolben-Mantel-Anordnung den meisten der normalen Veränderungen bei Kreiselpumpen und Turbinen, wie offene, geschlossene und halboffene Laufräder, ein- und mehrstufige Einheiten usw. angepaßt werden kann.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die dargestellte und beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann innerhalb ihres Rahmens verschiedene Abänderungen erfahren.

Ende der Beschreibung.

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Claims

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Patentansprüch

ι IJ Kreiselpumpe mit einem Laufrad von veränderlicher Breite_r gekennzeichnet durch

a) ein drehbares Laufrad (1) mit Schaufeln (2) und Löchern (9) und zwei konzentrischen zylindrischen Sitzen (6, 7) an seiner Rückseite;

b) einem Laufradmantel (3) mit Schlitzen, durch welche sich die Schaufeln des Laufrades erstrecken;

c) ein Pumpengehäuse (9) mit einem Einlaß- und einem Auslaßabschnitt welche das Laufrad (1) und den Laufradmantel (3) umgeben, welches Pumpengehäuse einen zylindrischen Sitz aufweist und mit einer Öffnung auf seiner Rückseite versehen ist;

d) eine Kolbenanordnung (5), die mit dem Laufradmantel (3) verbunden ist und eine axiale sowie eine Dreh-

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bewegung ausführen kann, welcher Kolben zwei Ansätze (20, 21) zur axialen Bewegung innerhalb der drei zylindrischen Sitze (6,7, 11) aufweist, wobei der eine Ansatz zwischen dem zylindrischen Sitz am Gehäuse und einem der zylindrischen Sitze am Laufrad beweglich ist, während der andere Ansatz innerhalb des anderen der zylindrischen Sitze am Laufrad beweglich ist, so daß eine Fläche auf der Laufradseite des Kolbens durch die zylindrischen Laufradsitze abgedichtet ist, welche Fläche mit dem Einlaß durch die erwähnten Löcher des Laufrades in Verbindung steht, wobei der Kolben ferner durch den erwähnten zylindrischen Sitz am Gehäuse teilweise abgedichtet ist, so daß ein Lecken durch diesen Sitz am Gehäuse einen Druck auf den Kolben auf der dem Laufrad entgegengesetzten Seite ergibt; e) eine Einrichtung zur Regelung des Druckes auf der dem Laufrad abgekehrten Kolbenseite, welche Einrichtung mit der Innenseite des Gehäuses durch die öffnung an der Rückseite des Gehäuses in Verbindung steht.

Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Regeln des Druckes auf die Kolbenseite, die dem Laufrad abgekehrt ist, ein Druckablaßventil ist.

3. Kreiselpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckablaßventil mit dem Einlaßbereich des Gehäuses in Verbindung steht.

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